BAB I

PENDAHULUAN

1.1 ORIENTASI

Biologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang kehidupan organisme

dengan kesatuan dan polanya yang didasari oleh keanekaragamannya.

Berdasarkan ilmu tersebut, telah ditentukan berbagai karakteristik dari makhluk

hidup, yaitu organisasi (setiap organisme memiliki pola organisasi bagian tubuh

yang berbeda dengan benda mati), respon (organisme merespon sema perubahan

yang terjadi di lingkungan), tumbuh dan berkembang, reproduksi, bergerak,

metabolisme (mencerna / respirasi) dan ekskresi. Semua karakteristik tersebut

terkait fungsi dari tubuh organisme. Cabang biologi yang mempelajari faal bagian

tubuh (fungsi tubuh) tersebut dikenal sebagai fisiologi.

Fisiologi memiliki spesialisasi berdasarkan keanekaragaman anatomi

yang dimiliki oleh organisme. Oleh sebab itu, fisiologi dapat dipelajari mulai dari

level organisasi kehidupan yang paling kecil, yaitu sel, jaringan, organ, sistem

organ, organisme, dan seterusnya. Selain hal tersebut, fisiologi juga dapat

dibedakan menjadi;

a. Fisiologi sel

mempelajari fungsi yang terjadi dalam sel yang melibatkan proses dan

molekul kimia sel serta interaksi antar sel.

b. Fisiologi khusus

mempelajari fisiologi berdasarkan organ khusus, misalnya fisiologi jantung,

darah, ginjal, dan lain-lain.

c. Fisiologi sistemik

mempelajari fisiologi semua aspek sistem organ, misalnya sistem sirkulasi

cairan tubuh, sistem respirasi (pertukaran gas), sistem pencernaan, sistem

ekskresi (terkait osmoregulasi), termoregulasi, sistem saraf dan endokrin,

sistem reproduksi, dan sistem pergerakan.

d. Fisiologi pathologi

mempelajari pengaruh penyakit terkait dengan fungsi tubuh organisme.

1

Fungsi tubuh organisme dapat berbeda berdasarkan sel yang membangun

organisme tersebut. Organisme unisel melangsungkan proses vitalnya dalam

sebuah sel, sedangkan organisme multisel fungsi-fungsi tersebut dilakukan oleh

kelompok-kelompok sel. Organisme tersebut dapat berupa hewan, manusia,

maupun tumbuhan. Sel tumbuhan akan berbeda fungsinya dengan sel hewan /

manusia karena perbedaan struktur selnya. Dalam diktat ini akan dibahas tentang

fungsi tubuh hewan/manusia sedangkan fisiologi tumbuhan dapat dipelajari secara

khusus dalam pembelajaran fisiologi tumbuhan. Berdasarkan pembagian fisiologi,

diktat ini akan membahas fisiologi sistemik dengan sel sebagai dasar yang secara

struktur melakukan fungsi tubuh.

1.2 Sel Sebagai Unit Dasar Struktur dan Fungsi Tubuh

Sel merupakan satuan/ unit dasar struktur dan fungsional dari organisme.

Berdasarkan hal itu, sel dikatakan sebagai fondasi dari semua oraganisme hidup.

Suatu sel mampu melakukan proses-proses yang berhubungan dengan kehidupan.

Semua sel, apakah sel tunggal yang hidup sendiri atau bagian dari tubuh

organisme multiseluler, melakukan fungsi-fungsi dasar tertentu untuk

kelangsungan hidup sel, yang selanjutnya menunjang kelangsungan hidup

organisme secara keseluruhan. Berbagai fungsi dasar sel adalah:

(1) mendapatkan makanan dan oksigen dari lingkungan di sekitar sel;

(2) sebagai tempat terjadinya berbagai reaksi kimia dengan menggunakan

makanan dan oksigen untuk mendapatkan energi untuk sel;

(3) membuang CO2 dan zat sampah hasil metabolism ke lingkungan sekitar

sel;

(4) melakukan sinteis protein dan molekul-molekul lain yang diperlukan

untuk membangun sel dan menunjung fungsi-fungsi sel;

(5) sensitif dan responsif terhadap perubahan yang terjadi di lingkungan sel

(6) mengontrol perubahan ekstrim zat-zat yang ada di dalam sel dan di luar

sel;

(7) memindahkan zat-zat dari bagian sel ke bagian yang lain untuk menunjang

aktivitas sel

(8) melakukan reproduksi

2

Semua fungsi di atas dilakukan oleh organel-organel yang dapat diartikan

sebagai “organ kecil”. Organ merupakan struktur khusus yang memiliki fungsi

khusus pula, sebagai hasil diferensiasi dari protoplasma. Sel hewan terdiri dari

membran plasma, sitoplasma (organel dan sitosol), dan nukleus (inti sel) (gambar

I.1).

Organel-organel tersebut akan dijelaskan di bawah ini.

Gambar I.1 Struktur sel Hewan

Berbagai struktur dan fungsi dari bagian sel tersebut dapat dilihat pada tabel I.1

pada halaman berikut.

3

Tabel I.1 Organel sel dan fungsinya

4

Dalam melakukan fungsinya, sel tersebut tidak lepas dari lingkungan

luarnya (CES), karena untuk memperoleh substansi (Zat) yang dibutuhkan.

1.3 Pertukaran Zat pada Hewan Multiseluler

Untuk melaksanakan segala aktivitas sel dibutuhkan berbagai sumber daya

baik berkaitan dengan nutrisi maupun oksigen. Pada sel organisme multiseluler

segala kebutuhan tersebut di ambil dari CES sekaligus untuk menjaga

keseimbangan antara lingkungan dalam dan luar sel. Oleh sebab itu, sel

melakukan pertukaran zat dengan lingkungannya.

Bagi hewan multiseluler keseimbangan antara lingkungan luar dan dalam

sangat diperlukan untuk menghindari terjadinya kerusakan sel akibat kurang atau

berlebihnya suatu zat. Pertukaran zat tersebut melibatkan memban plasma sebagai

bagian pertama yang berhubungan dengan lingkungan luar. Memban plasma

terdiri dari lipid, protein dan karbohidrat (gambar I.2).

Gambar I.2 Struktur memban plasma

5

Bagian struktur memban plasma :

a. Lipid membran

Struktur lipid pada membran terdiri dari dua lapis lipid yang disebut dengan

bilayer lipid. Lipid membran memiliki bagian yang hidrofobik (bagian ekor

lipid) dan bagian yang hidrofilik (bagian kepala lipid) sehingga bagian

permukaan dalam dan luar sel tidak dapat dilalui oleh ion atau senyawa yang

larut dalam air.

b. Protein membran

Protein terhitung 55% dari berat memban plasma. Beberapa tipe protein

meliputi protein integral (bagian dari struktur membran = protein

transmembran) dan protein periper (protein yang terikat diluar atau di dalam

permukaan membran). Protein membran dapat berfungsi sebagai penghubung

antar sel (anchoring protein), pengenal (recognition protein), enzim, reseptor,

pembawa, atau bukaan ion (channel).

c. Karbohidrat membran

Karbohidrat terhitung 3 % dari berat memban plasma. Karbohidrat pada

memban plasma merupakan bagian dari senyawa kompleks, misalnya

proteoglycans, glycoproteins, dan glycolipids. Senyawa kompleks ini

membentang sepanjang permukaan luar sel disebut glycocalix. Fungsi dari

glycocalix antara lain sebagai lubrikasi (pelumas) dan pelindung, penghubung

dan lokomosi, reseptor senyawa khusus CES, serta sebagai pengenal (contoh ;

pada pengenalan golongan darah).

Membran plasma memiliki daya untuk dapat dilalui (permeabilitas).

Berdasarkan hal tersebut membran dapat bersifat impermeabel, permeabel, dan

selektif permeabel (semipermeabel). Permeabilitas ini dapat dibedakan

berdasarkan ukuran molekul, muatan elektrik molekul, bentuk molekul, kelarutan

dalam lemak, atau faktor kombinasinya. Berdasarkan permeabilitas tersebut juga

zat dapat melalui sel dengan proses aktif atau pasif. Berdasarkan mekanismenya,

perpindahan zat pada hewan dapat terjadi secara difusi / osmosis, filtrasi, dengan

pembawa (berfasilitas), melalui vesikula (endositosis atau eksositosis) (Gambar

I.3). Proses pemindahan /transport terjadi dari lingkungan dalam dan luar sel yang

6

terdiri dari cairan. Pada hewan multiseluler, cairan tersebut dikenal dengan cairan

tubuh.

Gam

a). Difusi

Difusi merupakan perpindahan zat menembus membran dari konsentrasi

tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi zat-zat yang larut dalam lipid dengan

menembus lapisan lipid dua lapis (bilayer lipida) langsung tanpa bantuan

pengemban, seperti hormon steroid, oksigen, karbondioksida, dan lemak disebut

7

Difusi/osmosis b. Fasilitas

c. Transpor aktifd. vesikula transpor

difusi sederhana. Pada difusi sederhana ini eenrgi untuk pergerakan zat berasal

dari molekul itu sediri. Zat bergerak sebagai akibat adanya perbedaan gradient

konsentrasi antara kedua sisi membran. Jenis difusi lain adalah melalui pori

protein, yakni perpindahan molekul-molekul kecil dan ion-ion yang larut dalam

air menembus membran dengan melalui pori yang dibentuk oleh protein integral

(protein membran yang merentang membran). Beberapa pori protein hampir

selalu terbuka, sehingga air, molekul-molekul kecil dan ion-ion yang larut dalam

air dapat melewatinya dengan cara difusi. Khusus untuk difusi air yang melalui

membran dikenal dengan istilah osmosis. Difusi sederhana sering disebut dengan

sebutan transport menurun.

Cara lain zat menembus membran adalah dengan bantuan protein

pengangkut. Protein pengangkut mengalami perubahan konfigurasi, maka zat

dapat dibawa menembus membran dari konsentrasi tinggi ke konsentrai rendah.

Difui demikian disebut difusi terbantu/difasilitas (facilitataed diffusion),

contohnya difusi glukosa dari cairan ekstrasel ke dalam sel.

b). Transpor Aktif

Cara zat menembus membran mirip difusi terbantu adalah dikenal dengan

transport aktif. Persamaan keduanya adalah sama-sama menggunakan protein

pengangkut. Pada transport aktif, gerakan molekul dan ion-ion menembus

membran menggunkan energi dari hidrolisis ATP, dan sering merupakan

pengangkutan zat-zat dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi atau sering

disebut transport mendaki. Ja, pada transport aktif pergerakan molekul bersifat

melawan gradient elektrokimia (gradient listrik dan kimia).

c). Transpor Bermolekul Besar (Bulk Transport)

Pada jenis transport ini ditandai dengan dibentuknya vesikula transport.

Ada dua tipe yaitu endositosis dan eksositosis. Endositosis (endo = ke dalam;

cytos = sel), yaitu transport zat dari luar sel ke dalam sel melalui pembentukan

vesikula transport yang berasal dari hasil invaginasi membran plasma. Pada

peristiwa endositosis ini menyebabkan ukuran membran plasma berkurang.

Vesikula transport hasil dari endositosis selanjutnya akan bergabung dengan

8

lisosom primer sehingga bisa terjadi pencernaan intrasel. Zat yang diendositosis

apabila bentuk fisiknya berupa cairan sering disebut pinositosis (cell drinking),

bila berupa materi yang padat disebut fagositosis (cell eating). Sebaliknya apabila

pengangkutan zat berasal dari dalam sel menuju ke luar sel dengan terjadinya

pembentukan vesikula tranpor yang berfusi dengan membrar plasma sehingga zat

dikeluarkan disebut eksositosis. Pada eksositosis ukuran membran mengalami

pertambahan.

1.4 Cairan tubuh: Lingkungan Eksternal dan Internal Sel

Pada hewan uniseluler, sel dikelilingi oleh medium cair (air) sebagai

tempat untuk melakukan fungsinya. Namun, bagi hewan multisel, medium cair ini

terdapat di antara sel satu dengan sel yang lain yang disebut cairan ekstraseluler

(CES)Air merupakan medium tempat nampaknya kehidupan pertama di bumi ini.

Hingga saat ini air masih merupakan medium yang dihuni paling banyak

kehidupan dengan keanekaragaman yang paling besar. Seluruh proses kehidupan

sangat tergantung dari kondisi air, jadi tanpa air kehidupan organisme di bumi

tidak mungkin ada.

Setiap sel di dalam tubuh organisme multiseluler harus menyumbang

kepada kalangsungan hidup organisme secara keseluruhan, dan tidak dapat hidup

atau berfungsi tanpa bantuan dari sel-sel yang lain. Hal ini disebabkan sebagian

besar sel tubuh tidak berhubungan langsung dengan lingkungan luar tubuh

organisme (lingkungan eksternal). Suatu organisme uniseluler, misalnya amoeba

dapat secara langsung memperoleh makanan dan oksigen dari lingkungan

eksternanya, demikian pula dapat membuang zat-zat sampah langsung ke

lingkungan eksternalnya.

Di lain pihak, suatu sel dalam tubuh organisme mutiseluler, misalnya sel

otot, mempunyai kebutuhan yang sama dengan organisme uniseluler dalam hal

mendapatkan makanan dan oksigen, serta membuang zat-zat sampah sisa

metabolisme. Perbedaannya, bahwa sel otot mengambil makanan dan oksigen

bukan langsung dari lingkungan eksternalnya, akan tetapi dari cairan interstitial

(cairan antara, cairan celah-celah, cairan jaringan) yang mengelilinginya.

Demikian pula dalam membuang zat sampah dari dalam sel otot. Jadi, tampak

9

disini sel-sel tubuh organisme multiseluler mengadakan pertukaran zat bukan

langsung dengan lingkungan eksternal organisme, tetapi pertukaran tersebut

dilakukan dengan cairan interstisial.

Sebaliknya pada hewan uniseluler, pertukaran zat berlangsung secara

langsung dengan lingkungan eksternalnya. Pertukaran zat berlangsung hanya

melalui dinding pembatas tubuhnya berupa membran plasma. Oleh karena itu,

pada hewan uniseluler sangat sensitif terhadap segala perubahan lingkungan yang

terjadi, karena tubuh organisme uniseluler langsung kontak dengan medium

dimana ia hidup. Berbeda dengan organisme multiseluler, pertukaran zat

berlangsung pada organ-organ yang posisinya jauh di dalam tubuh. Pertukaran

terjadi antara sel-sel di dalam organ tersebut dengan cairan interstitial yang

mengelilinginya. Cairan interstisial dan cairan ekstrasel yang terdiri atas plasma

disebut lingkungan internal bagi hewan multiseluler.

Jadi, pada tubuh semua hewan multiseluler baik yang hidup di air maupun

di darat. sel-selnya berada dalam 'lautan internal",yaitu cairan ekstrasel (CES)

yang terbungkus di dalam kulit hewan tersebut. Dari cairan ini pula sel

mengambil ion dan nutrien dan ke dalam cairan ini pula sel mengeluarkan

produk-produk sisa metaboliknya. CES lebih encer daripada air laut saat ini, tetapi

komposisinya mirip dengan lautan zaman purba yang diperkirakan merupakan

asal dari semua kehidupan.

Pada hewan yang memiliki sistem vaskular tertutup, CES dibagi menjadi

dua komponen yaitu cairan interstisial dan plasma darah yang bersirkulasi. Plasma

dan elemen-elemen darah bersama-sama membentuk volume darah total. Cairan

intertisial merupakan bagian dari CES yang terletak di luar sistem vaskular dan

membasahi sel sekitar seperti tiga dari air tubuh total (ATT) berada di luar sel

(ekstrasel). Sisa dua pertiganya terletak di dalam sel (cairan intrasel).

1.5 Fungsi Air dalam tubuh

Air merupakan medium tempat terjadinya semua reaksi-reaksi biokimia. Air

memiliki sifat-sifat fisiologis yang sangat penting bagi kehidupan. Ditinjau dari

segi fungsi secara keseluruhan fungsi air cairan tubuh antara lain sebagai ;

10

a. Solvent (pelarut) bagi semua zat baik anorganik maupun senyawa

organik. Semua cairan tubuh, (darah, urin, limfe, peluh dan cairan

pencernaan) sebagiaan besar terdiri atas air, oleh karena itu sebagai

universal solvent bagi proses hidrolisis selama pencernaan,

pernapasan,pengeluaran,dll.

b. Transporter (pengangkut), terutama dalam darah air mengangkut berbagai

zat makanan, oksigen, sampah metabolisme, hormon dll.

c. Regulator suhu. Dengan sifatnya yang mudah menguap, air berubah wujud

menjadi gas, contoh pada peristiwa respirasi, berkeringat bertujuan untuk

menurunkan suhu tubuh.

d. Lubricant (pelumas), terutama cairan yang ada di dalam daerah

persendian, makanan ketika melalui saluran cerna, rongga dada sangat

berperan sebagai pelumas.

1.6 Kompartementasasi cairan tubuh

Dalam gambaran konstan secara umum tubuh hewan mengandung air

antara 70 s/d 80 %, Namun distribusinya dalam tubuh bervariasi antar jaringan,

yaitu sedikit sekali dalam jaringan-jaringan tertentu seperti gigi dan beberapa

modifikasi kulit seperti sisi, tanduk, kuku (10%) dan sangat tinggi dalam otak

kecerdasan /gray matter (85%) (Gambar I.4).

Gambar I.4 Kompartementasi cairan tubuh

11

Air dalam tubuh organisme terdapat dalam tiga kompartemen utama, yaitu :

a. Kompartemen plasma merupakan komponen cairan ekstrasel CES yang

berbeda misal yang ada dalam sistem sirkulasi (peredaran darah).

Kompartemen plasma adalah kompartemen cairan yang paling kecil jumlahnya

sekitar 3 liter pada manusia.

b. Kompartemen intertisial menempati ruang-ruang antar sel (cairan

jaringan/cairan celah-celah) ialah jaringan para manusia kompartemen

insterstitial mengandung sekitar 14 liter volume air. Antara kedua

kompartemen terjadi pertukaran cairan melalui anyaman kapiler.

c. Kompartemen intraseluler mengisi cairan di dalam sel. Volume terbesar sel-

sel tubuh kira-kira mengandung sekitar 2-9 liter cairan. cairan dari dalam

intraseluler juga dipertukarkan melalui mekanisme yang kompleks dan

bervariasi melibatkan berbagai tipe mekanisme transpor seperti osmosis

transpor aktif dan pasif.

1.7 Bentuk-bentuk air dalam tubuh

Air dalam tubuh organisme ada dalam dua bentuk yaitu air bebas dan air

terikat. Air bebas memberikan medium bagi berbagai reaksi biokimia dan

ditujukan untuk kontrol osmoregulator, sedangkan air terikat yang disebut air

hidrasi terdapat dalam bentuk molekul-molekul air yang terikat erat dengan

molekul-molekul lain. Molekul molekul air yang terikat ini tidak bereaksi secara

kimia dengan molekul lain. jadi dalam bentuk terikat air tidak berperan sebagai

solvent dan tak mudah menguap atau membeku. Pada hewan yang hidup di

lingkungan yang sangat kering, dapat menggunakan air terikat yang ada dalam

makanan untuk kebutuhan metaboliknya.

1.8 Homeostasis

Untuk keselarasan fungsi sistem enzimatik dan protoplasmik diperlukan

lingkungan ionik yang sangat teratur. Hal ini diperlukan bagi pemeliharaan

kesetimbangan dinamis untuk mencapai “milieu inte’rieur"( lingkungan internal)

tubuh yang konstan atau mendekati konstan. Sifat ini merupakan satu kekhasan di

dalam sel-sel hidup.Oleh karena itu, lingkungan dalam tubuh selalu dipertahankan

12

tetap ada dalam keseimbangan (kekonstanan medium air), agar segala fungsi

organ tetap berjalan. Jadi, pada sel-sel tubuh hewan multiseluler hanya dapat

hidup dan berfungsi dengan baik bila mereka dibasahi oleh cairan ekstrasel yang

sesuai untuk menunjang kelangsungan hidupnya. Ini berarti bahwa komposisi

kimiawi dan keadaan fisik dari lingkungan internal sel harus konstan, dan hanya

boleh menyimpang dalam batas-batas yang sempit saja. Hal ini berarti pula bahwa

apabila sel-sel mengambil zat-zat makanan dan oksigen dari lingkungan

internalnya, maka zat-zat esensial tersebut harus secara konstan ditambahkan agar

kelangsungan hidup sel-sel dapat terjamin.

Demikian pula zat-zat sampah harus secara kontinyu dipindahkan dari

lingkungan internal, sehingga tidak sampai mencapai tingkat yang bersifat racun.

Zat-zat lain di lingkungan internal yang penting untuk pemeliharaan kehidupan

juga harus dipertahakan relatif konstan. Pemeliharaan lingkungan internal relatif

konstan ini yang disebut homeostasis (homeo = sama; statis = tetap/mantap)

Pengaturan homeostatis tersebut penting dilakukan oleh sel karena diperlukan

guna merespon, terhadap-berbagai lingkungan melalui aksi korektif untuk

mencapai tahapan paling menguntungkan dari berbagai variable yang ada.

Menurut W.B. Canon, homeostasis merupakan suatu kecenderungan

organisme mengelolah stabilitas relatif dari kondisi lingkungan internal sel, yang

dipertahakan dari batas-batas tertentu (Gr. "staying the same"). Homeostasis baru

akan tercapai apabila seluruh struktur dan fungsi sistem cairan tubuh bekerja

terkoordinasi. Sebagai contoh ginjal menyaring darah dan membuang sisa

metabolisem dan air secara teratur. Paru-paru bekerja bersama sama dengan

jantung, pembuluh darah dan darah untuk mendistribusikan CO2 oksigen ke

seluruh tubuh dan membuang CO2. Demikian pula sistem pencernaan makanan

menyerap sari makanan dari usus halus ke dalam darah dan membawanya ke

bagian tubuh yang memerlukan. Jadi, secara umum seluruh sistem dalam tubuh

bekerja sama untuk menyumbangkan bagi tercapainya stabilitas lingkungan

dalam. Apakah yang dimaksud lingkungan dalam itu?

Meskipun lingkungan luar berubah secara konstan, maka lingkungan

dalam tubuh hewan yang sehat tetap sama dalam batas batas normal. Seperti

diketahui dalam keadaan normal, keseimbangan kimiawi di dalam dan di luar sel

13

dipelihara dengan cermat. Untuk mencapai keseimbangan ini, maka komposisi

cairan ekstrasel (ECF),lebih tepatnya cairan interstitial (ICF) yang ada disekililing

sel dan memandikanya, harus tetap dalam keadaan konstan.Jika keadaan ini

tercapai maka sel akan menjalankan fungsinya secara normal.Jika fungsi sel

berjalan sebagaimana mestinya, maka organ secara keseluruhan juga akan

berfungsi secara normal. Dengan demikian yang dimaksud lingkungan dalam

tubuh adalah cairan interstitial (ICF).

Hubungan antara sistem tubuh dan homeostasis dapat digambarkan seperti

bagan berikut.

Dari bagan di atas tampak bahwa keadaan homeostasis sangat diperlukan

bagi berfungsinya sistem organ dalam tubuh. Keadaan homeostasis akan terus

menerus terancam oleh perubahan berbagai faktor baik yang datang dari luar

maupun dari dalam sehingga menyebabkan terganggunya homeostasis. Misalnya

pengaruh suhu dingin lingkungan cenderung menurunkan suhu interna tubuh.

Demikian pula penambahan CO2 ke dalam lingkungan interna cenderung

meningkatkan konsentrasi gas tersebut di dalam tubuh. Untungnya di dalam

tubuh telah dilengkapi dengan suatu mekanisme dimana bila suatu faktor mulai

mengubah lingkungan interna menjauhi titik optimalnya, maka reaksi balik yang

tepat akan segera dilakukan untuk memperbaiki kondisi interna yang berubah

tersebut. Misalnya suhu tubuh mulai turun pada hari dingin, maka tubuh akan

gemetar (menggigil), yang secara internal menghasilkan panas untuk memperbaiki

suhu tubuh ke arah normal. Hal yang sama, umpamanya tejadi peningkatan kadar

CO2 di dalam lingkungan internal, akan memicu peningkatan aktivitas pernafasan.

Kelebihan CO2 dihembuskan ke lingkungan eksternal untuk mengembalikan

konsentrasi CO2 dalam cairan ekstrasel ke arah normal. Jadi, homeostasis harus

14

dipandang sebagai keadaan konstan yang dinamis, dimana suatu perubahan yang

terjadi diusahakan dikurangi dengan respon fisiologis pengganti. Fluktuasi kecil

sekitar tingkat optimal untuk setiap faktor dalam lingkungan intenal secara normal

dijaga dalam batas yang sempit sesuai dengan kehidupan, oleh mekanisme-

mekanisme regulasi. Berbagai aktivitas sistem harus diregulasi dan dikoordinasi

untuk memelihara keadaan yang relatif stabil dalam lingkungan internal melawan

perubahan yang terus menerus mengancam dan mengganggu kondisi optimal

yang esensial untuk menunjang kehidupan.

Di dalam tubuh terdapat berbagai factor lingkungan interna yang harus

dijaga secara homeostatik, antara lain:

a) Suhu tubuh. Mempertahankan kondisi suhu tubuh sangat penting karena

sel tubuh baru akan berfungsi secara optimal dalam rentangan suhu yang

sempit. Suhu ini berkaitan erat dengan berfungfsinya sistem enzim dalam

tubuh. Fungsi enzim akan sangat menurun bila berada dalam lingkungan

yang sangat dingin di luar titik optiamlnya, sedang dalam lingkungan yang

sangat panas bahkan bisa merusak struktur protein dan enzimatiknya.

b) pH. Adanya perubahan pH yang ekstrim dapat menimbulkan dan

menggangu fungsi sel. Dengan perubahan keasaman misalnya akan

mempengaruhi mekanisme sinyal listrik pada sel saraf atau akan

mengganggu aktivitas enzim pada semua sel.

c) Kadar oksigen dan karbondioksida. Mudah kita pahami bahwa sel secara

terus menurs membutuhkan pasokan oksigen untuk keperluan oksidasi

molekul-molekul zat makanan guna mengahsilkan energi, sedangkan

karbondioksida yang diproduksi selama reaksi kimia harus diimbangi

dengan proses pengeluarannya oleh paru-paru/insang. Karena bila

karbondioksida tertimbun dalam cairan tubuh akan mengubah tingkat

keasaman lingkungan internal sehingga menggangu aktivitas enzimatik.

d) Konsentrasi garam dan elektrolit . Konsentrasi yang tepat garam-garam

dalam lingkungan internal sangat penting untuk memelihara volume sel

secara tepat. Bila konsentrasi garam-garam di dalam cairan interstisial

relatif tinggi, maka air dalam sel cenderung berdifusi ke luar sehingga sel

menjadi mengkerut. Kejadian sebaliknya akan menyebabkan sel

15

menggelembung. Misalnya, denyut jantung yang teratur tergantung pada

konsentrasi kalium (K+) dalam cairan ekstrasel.

e) Molekul-molekul zat makanan. Pasokan zat makanan yang konstan

penting bagi memenuhi kebutuhan bahan bakar untuk menghasilkan energi

metabolik yang diperlukan guna menunjang kehidupan dan aktivitas

seluler yang khusus.

1.9 Sistem umpan balik

Regulasi proses homeostasis secara keseluruhan dimungkinkan karena

adanya aksi umpan balik yang terkoordinasi dari beberapa organ dan jaringan.

Jika koordinasi di antara sistem tidak berjalan, maka homeostasis tidak bisa

tercapai. Jika homeostasis tidak dikembalikan ke keadaan normal oleh tubuh

sendiri maka dalam keadaan ekstrim tubuh akan mati. Oleh karena itu, tubuh

harus mampu mendeteksi faktor-faktor penyimpangan dalam lingkungan internal

yang perlu diatasi dengan cepat, dan harus mampumengontrol berbagai sistem

tubuh yang bertanggung jawab untuk menagtur faktor-faktor tersebut. Misalnya

untuk memelihara kadar karbondioksida dalam cairan ekstrasel pada nilai yang

optimal, harus ada cara mendeteksi perubahan konsentrasi karbondioksida

selanjutnya mengubah secara tepat aktivitas respirasi, sehingga konsentrasinya

kembali ke tingkat yang seharusnya.

Untuk memelihara homeostasis terdapat dua kategori umum yaitu melalui

kontrol intrinsik dan ekstrinsik. Kontrol intrinsik merupakan kontrol yang

menyatu pada suatu organ. Umpamanya, otot yang aktif memerlukan pasokan

oksigen dan menghasilkan karbondioksida serta energi untuk menunjang aktivitas

kontraktilnya. Aktivitas otot tersebut cenderung menurunkan konsentrasi oksigen

dan meningkatkan konsentrasi karbondioksida di dalam otot. Keadaan tersebut

akan mempengaruhi secara langsung pada otot polos dinding pembuluh darah

yang memasok oksigen kepada otot. Selanjutnya perubahan zat kimia (O2

maupun CO2) menyebabkan otot polos relaks dan pembuluh melebar

menyebabkan peningkatan aliran darah ke daerah otot yang aktif tadi. Mekanisme

setempat tersebut menyumbang pemeliharaan tingkat optimal kedua zat tersebut

dalam lingkungan cairan interna di sekitar sel-sel otot yang aktif. Di lain pihak,

16

sebagian besar faktor dalam lingkungan internal diperlihara oleh kontrol

ekstrinsik, yaitu mekanisme pengaturan yang berada di luar suatu organ yang

mengatur aktivitas organ tersebut. Kontrol ekstrinsik berbagai organ dan

sistemnya dilaksanakan dengan baik oleh sistem saraf dan endokrin. Kedua sistem

tersebut merupakan kontrol utama dalam tubuh. Adanya kontrol ekstrinsik

memungkinkan pengaturan yang terkoordinasi dari beberepa organ ke arah tujuan

umum, tidak seperti kontrol intrinsik yang melayani kebutuhan diri satu organ

dimana gangguan itu terjadi. Misalnya untuk memelihara tekanan darah ke arah

tingkat yang tepat apabalia tekanan darah turun sangat rendah, maka sistem saraf

secara serentak mempengaruhi jantung dan pembuluh darah di seluruh tubuh

sehingga dihasilkan tekanan darah yang normal. Mekanisme kontrol homeostasis

tubuh berlangsung dengan rpinsip umpanbalik,khsusnya umpan balik negatif

(negative feedback system).

a). Prinsip kerja umpan balik (feedback)

Bahwa adanya penyimpangan dari suatu titik patokan normal akan

terdeteksi oleh suatu sensor, dan sensor akan mengirimkan sinyal

untuk mencetuskan perubahan-perubahan kompensatorik yang terus

berlangsung hingga titik patokan itu tercapai kembali (gambar I.5).

Gambar I.5 Prinsip kerja umpan balik

17

b). Dua tipe mekanisme sistem umpan balik

Sistem umpan balik negatif (negative feedback system)

Sistem umpan balik yang menghasilkan respon berlawanan (opposite)

terhadapStimulus awal.Contoh ketika tubuh kepanasan, kelenjar keringat

teraktivasi dan terjadilah pengeluaran peluh. Keringat mengalami evaporasi

sehingga suhu tubuh menjadi turun. Sebaliknya ketika kedinginan yang teraktivasi

otot di bawah kulit menerima pesan pesan dari sistem saraf untuk berkontraksi

dan relaksasi (tubuh menggigil). Adanya aksi kontraksi-relaksasi dihasilkan panas

hingga suhu tubuh naik (Gambar I.6 dan Gambar I.7). Contoh lain, jika gula darah

menurun maka respon melalui sistem umpan balik negatif kadar gula darah yang

turun tersebut akan dinaikkan. Contoh lainnya adalah pada proses pengendalian

volume darah yang melibatkan ion natrium (Gambar I.8).

18

Gambar I.5 sistem umpan balik tentang suhu Gambar I.6 Simtem UB - suhu

Gambar I.7 Sistem UB - Natrium

Sistem umpan positif (positive feedback sistem)

Sistem umpan balik yang menghasilkan respon memperkuat (“reinforced”)

dari pada mengubahnya. Contoh jika terjadi luka maka akan dibentuk fibrin untuk

pembekuan darah, proses ini tidak dapat dilakukan satu sel oleh sebab itu melalui

umpan balik positif sel-sel sekitar luka akan mengeluarkan fibrin lebih banyak

sehingga luka akan tertutupi (gambar I.9). Umpan balik positif dalam tubuh relatif

jarang karena dapat mengganggu homeostasis.

Gambar I.9 Mekanisme Sistem Umpan Balik Positif dalam proses pembekuan darah.

1.10 Gangguan Homeostasis

Bila satu atau lebih sistem tubuh gagal berfungsi dengan baik, maka

homeostasis juga akan terganggu dan semua sel menderita sebab sel-sel tidak lagi

berada dalam lingkungan yang optimal untuk hidup dan berfungsi. Bila gangguan

homeostasis terjadi makin tidak terkendali dan makin hebat sehingga tidak sesuai

untuk kelangsungan hidup, maka tubuh akan sakit. Beberapa contoh penyakit

akibat terganggunya homeotasis adalah tekanan darah tinggi, sakit gula, asam

urat, osteoporosis, dehidrasi, dan sebagainya.

19